・７０・ 第４Ｏ卷第３４期 ２ ０ １ ４年１ ２月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ 山 西 建 筑 Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．３４ Ｄｅｃ． ２０１４ 文章编号：１００９—６８２５（２０１４）３４—００７０・０３ 夯实水泥土桩桩身完整性检测分析 董承全∞、暑 陈辉颜胜才 ０ Ｏ 加 （中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 １０００８１） 摘要：采用低应变反射波法，对某工程所采用掺砂灰土桩的桩身完整性进行了检测分析，结果表明：其波形特征、波速变化、波幅 衰减特性与桩身完整性相关，桩身材质均匀，密实度好的桩，波速高，反射波幅与入射波幅比高，反之亦小。 关键词：夯实水泥土桩，基桩检测，反射波法，桩身完整性，强度 中图分类号：ＴＵ４７３．１６ 文献标识码：Ａ ０ 引言 某工程为一幢６层综合楼，地质资料表明自上而下为素填 夯实水泥土桩复合地基广泛应用于民用建筑及铁路公路路 土，粉质黏土，砂黏土层。设计６４００ ｍｌｎ夯实水泥土桩，桩长８ ｍ～ 基工程。通过夯实水泥土桩加固地基，提高地基承载力，已在一 １０ ｍ。采用螺旋钻机成孔，孔外拌合水泥土，分层填入，夯实成 些专著中有介绍 。夯实水泥土桩一般通过螺旋钻机钻孔，在孔 桩。桩身完整性采用低应变反射波法检测。根据一维应力波理 外对黏土或砂黏土掺加一定比例水泥，搅拌均匀，填入钻孔内，经 论，桩身缺陷程度按式（１）判定： 夯实成桩。夯实过程中对桩周土有一定的挤密作用，继而形成夯 Ｚ 一ｚ、 （ ） 实水泥土桩复合地基。夯实水泥土桩桩身强度优于粉喷桩和旋 喷桩。其桩身质量不受桩周土介质影响，只与桩材采用的土质、 式中： ——反射波速度幅值； ——水泥标号、搅拌均匀性、夯实程度有关。根据桩身强度要求，可采 入射波速度幅值； 用水泥土桩或水泥砂土桩。有部分学者对夯实水泥土桩桩身强 Ｚ ——介质Ｉ的波阻抗， ＝ｐ。Ｃ１Ａ。； 度与所选用土质与水泥掺加量进行了研究。如刘焕存 对夯实 ｚ ——介质Ⅱ的波阻抗，ｚ２＝ｐ２ｃ：Ａ２。 水泥土（粉质黏土）试样三轴试验结果表明，水泥土强度随水泥掺 则有： 加量增加而增加。２０％水泥含量６０ ｄ抗压强度是１０％水泥含量 Ｆ＝ ＝ ６０ ｄ抗压强度的２倍。强度随龄期增长关系表明，１０ ｄ强度可达 极限强度的５５％以上，以后增长速度逐渐变缓，６０ ｄ可达标准强 其中，Ｆ为反射系数，与桩身密实度及完整性相关。 度。姜彬生等 在含水量２５％一３０％之间、饱和度在８０％一８５％ 波速由式（３）确定： 之间的黏质土中分别添加１０％和１５％水泥含量，６０ ｄ抗压强度分 ｃ ＝ （３） 别达到５．６ ＭＰａ和６．４ ＭＰａ。闫明礼等 在含砂粒５％一１０％的 其中，ｃ 为反射波速度，ｍ／ｓ；ｚ为桩长，ｍ；ｆ，为波由桩顶传至 砂黏土中，掺加４２５号硅酸盐水泥，掺加量２０％时，夯实水泥土强 桩底后返回至桩顶的时间，ｍｓ。 度可达１３．６ ＭＰａ以上。根据以上资料分析结合工程实际，采用 缺陷位置１ 可由式（４）确定： 粉质黏土添加１０％中砂作为基本土质，掺加２０％的４２５号水泥作 为夯实水泥土桩的桩体材料。经预留试件试验，其抗压强度达到 ｚ ＝ （４） １０ ＭＰａ～１５ ＭＰａ。为检验桩身完整性，采用低应变反射波法进行 式中：ｃ——桩平均波速，ｍ／ｓ； 检测，分析了桩身完整性与波速波幅波形特征关系。 ｔｘ——桩顶至缺陷处的反射时间，ｍｓ。 １ 低应变反射波法检测桩身完整性 。”ｌ １．２检测结果分析 １．１ 检测原理与方法 １．２．１波形特征分析 ｚ： ０・６Ｏ 一 ‘ …—Ｔ ０．３０ ●＿ｔ●●●、， Ｉ ０．３０ Ｏ．１５ ‘＼ ， ｛ ０ ＼． 一／／ ＼／／， Ｏ．ｏ０ ＼一， 、／一 鼍 ０ 、， Ｏ．００ ｊ ｌ ＼／ — Ｉ————一 一 Ｉ Ｏ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ｍ ｍ ｎｌ ａ）完整桩波形 ｂ）缺陷桩波形 ｃ）浅部断桩波形 图１桩身完整性检测波形 波形特征是反映桩身完整性的重要参量之一。 图１为实测 陷的桩波形，可见入射波与桩底反射波之间有一缺陷反射波，其 反射波形。 相位与入射波相同，桩底反射波幅一般低于完整桩桩底反射波 其中图ｌａ）为完整桩波形。波形规则，桩底反射清晰可辨，入 幅。图１ｃ）为桩身浅部存在缺陷时的检测波形，其特征为浅部缺 射波与桩底反射波之间无异常反射。图ｌｂ）为桩身中下部存在缺 陷处以上桩体出现振动，并伴有低频振荡，无桩底反射波，也无法 收稿日期：２０１４—０９－２５ 作者简介：董承全（１９５１－），男，高级工程师； 陈辉（１９８２－），男，高级工程师；颜胜才（１９８２－），男，助理研究员 第４０卷第３４期 ２ ０ １ ４年１ ２月 董承全等：夯实水泥土桩桩身完整性检测分析 ・７ｌ・ 获得缺陷下部桩身完整性信息。 １．２．２ 波速变化规律与波幅衰减规律分析 表１ 完整桩波速和桩底反射系数 桩号 ＥｌＯ Ｅ２２ Ｂ２ Ｃ１４ Ｅ６ 数，探讨夯实水泥土桩波幅衰减规律。波速大小反映了桩身完整 程度。完整桩波速和桩底反射系数见表１，缺陷桩波速、桩底反射 系数及缺陷反射系数见表２。 波速 ｍ／ｓ ３ ３５０ ３ ４００ ２ ８ｏｏ ２ ６００ ３ ３４ｏ 桩长 ７．８０ ７．８７ ８．０５ ７．８３ ８．Ｏｌ 桩底反 波速 射系数Ｆ ｍ／ｓ Ｏ．０９ ０．２３ ０．２ｌ ０．５５ ０．４４ ２ ８００ ２ ６００ ３ ２００ ３ ２ｌ５ ３ ３０ｏ 桩号 Ｇ１ｌ Ｂ１７ Ｋ２０ Ｉ２２ Ｄ８ 桩长 ８．１２ ７．８３ ７．９７ ７．９８ ８．０５ 桩底反 射系数， ０．３０ Ｏ．５２ ０．２４ ０．１５ Ｏ．１７ 表２缺陷桩波速、桩底反射系数及缺陷反射系数 桩号 桩长 桩底反 缺陷反 波速 桩号 桩长 桩底反 缺陷反 波速 射系数Ｆ 射系数Ｆ ｍ／ｓ 射系数Ｆ 射系数Ｆ ｍ／ｓ Ｊ１ Ｊ４ ８．ｏｏ ８．００ ０．０９ Ｏ．１３ Ｏ．１０ ０．１２ ２ ６ｏ０ Ｍ３ ８．０ｌ Ｏ．１３ ０．Ｉ５ ０．１０ ０．１７ Ｏ．１２ Ｏ．２３ ２ ８Ｏｌ Ｏ．１５ ０．１０ ２ ９７４ Ｍ１９ ８．０ｌ ３ ３０８ Ｍ１ｌ ８．Ｏ１ ２ ７５６ ２ ５８９ ＧＩ２ ８．０ｌ Ｈ３ ８．０ｌ ０．１０ Ｏ．１Ｏ ２ ５６４ Ｉｌ７ ８．４ ００．３０ Ｏ．ｏ９ ２ ８００ Ａ５ ７．９４ ０．０９ ２ ８００ Ｊ５ ８．１４ ０．２３ ３ ｌ００ 由表１可看出，完整桩波速在２ ５００ ｍ／ｓ～３ ４００ ｒｎ／ｓ之间，平 Ｃ８ ７．８７ Ｏ．２７ ３ ２ｏ０ Ｂ２２ ７．９ｌ ０．３８ ２ ５００ Ｉｌ３ ７．８９ ０．１０ ３ ２００ Ｋ８ ７．９０ ０．３６ ３ ３００ 均波速为３ ０２５ ｍ／ｓ。桩底反射系数在０．０９—０．５５之间，平均反 Ｅｌ７ ７．８０ ０．４６ ３ ３５０ Ｅ２ ８．１１ ０．１９ ２ ６５０ 射系数为０．２８。波速低于平均波速的桩有１４根，桩底反射系数 Ｉ２２ ７．９４ Ｏ．２７ ２ ９７３ Ｉ７ ７．８６ ０．３８ ３ ２ｏ０ 低于平均反射系数的有１７根，波速和桩底反射系数同时低于平 Ｍ５ ７．８６ ０．３８ ３ ３００ Ｅｌ５ ８．００ ０．２５ ３ ３０ｏ 均值的有ｌ０根。这基本说明波速偏低时波幅衰减也较快，反映 Ｌ１２ ７．９４ ０．３５ ２ ９００ Ｅｌ７ ７．８３ ０．２９ ３ ４０Ｏ 桩密实程度欠佳。就整体而言，波速和桩底反射系数比较离散， Ｌ１３ ８．０１ ０．３６ ２ ８ｏ０ Ｍｌ ８．Ｏ１ Ｏ．１２ ２ ５９ｏ 反映桩施工工艺不够稳定，有待提高。从表２可看出，缺陷桩中 Ｉ１７ ８．０４ Ｏ．３５ ２ ８０ｏ Ｋｌ５ ８．０ｏ ０．１９ ２ ８７６ 有８７．５％的桩低于完整桩平均波速和平均桩底反射系数，说明桩 Ｉ２ ８．１８ ０．２５ ２ ６００ Ｈ９ ７．９Ｏ Ｏ．２６ ３ ３ｏｏ 身缺陷对波速和桩底反射有明显降低作用。缺陷反射系数在 本次共检测１ｌ７根桩，对其中３０根完整桩和８根缺陷桩利用 ０．０９—０．２３之间，属于轻度缺陷桩。此外，检测发现存在浅部断 式（２）和式（３）分别读取反射系数和波速。通过测读波的反射系 桩，见图１ｃ）。调查发现浅部断桩均由机械开挖碰断和挤压所致。 ０．４０ 一 ：释ｌ。 ０．５０ …＾● Ｏ．６ｏ ０．２Ｏ ．Ｏ．００ ｆ Ｉ ０．２５ ０－３Ｏ 口 ０．００ ／ ＼ ／ ，／一 、 — ，， Ｏ．００ ＼ Ｖ＼八厂／Ｖ Ｖ —、●， 、●－ —－０．２Ｏ 一０．２５ 一 －０－３Ｏ ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ０ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ Ｉ１１ ｎｌ ａ】０．５ ｍ处断裂波形 ｂｊ１ Ｉ１１左右断裂波形 图２不同断裂部位的反射波形 ２浅部断桩开挖验证 ［１］ 闫明礼，张东刚．ＣＦＧ桩复合地基技术及工程实践［Ｍ］．第２ 图２为不同深度的断桩波形。通过开挖验证，图２ａ）为０．５ ｍ 版．北京：中国水利水电出版社，２００６． 处断裂波形，图２ｂ）为１ ｍ左右断裂波形，图２ｅ）为２ ｍ左右断裂 ［２］ 刘焕存．夯实水泥土强度特性试验研究［Ｊ］．岩土工程技术， 波形。图２ａ）主要表现为低频振动，反射波不明显。图２ｂ）主要 １９９６（３）：１６—２０． 表现为低频振动与反射波叠加，且第一次反射波幅高于入射波 ［３］ 姜彬生，李宏义．夯实水泥土强度和变形特性［Ｊ］．岩土工程 幅，以后缺陷处出现多次反射波，并逐渐衰减。而图２ｃ）反射波幅 技术，１９９８（４）：４０．４４． 明显增强，振动效应减弱，同相反射波幅明显高于反相反射波幅， ［４］ 董承全，邵丕彦，谷牧．低应变反射波法在青藏铁路工程 这一点与浅部扩径是有差别的。 中的应用及分析［Ｊ］．中国铁道科学，２００３，２４（５）：４０．４３． ３结语 ［５］董承全，张佰战，胡在良，等．桩身完整性不同检测方法的对 实践表明，对于灰土桩，只要桩身强度达到或接近１５ ＭＰａ，采 比试验［Ｊ］．铁道建筑，２００９（１２）：７５－７７． 用低应变反射波法进行桩身完整性检测是可行的。从检测结果 ［６］ 陈辉，董承全，张佰战，等．低应变检测中几种典型缺陷的 可看出，夯实水泥土桩波速和桩底反射系数比较分散，完整桩波 理论模型分析［Ｊ］．工程地球物理学报，２０１２，９（３）：３４２． 速在２ ５００ ｍ／ｓ～３ ４００ ｍ／ｓ之间，平均波速为３ ０２５ ｍ／ｓ。桩底反 ３４５． 射系数在０．０９—０．５５之间，平均反射系数为０．２８。缺陷桩中有 ［７］ 王庆春，陈辉．低应变反射波法检测桩基浅部缺陷的效果 ８７．５％的桩低于完整桩平均波速和平均桩底反射系数，说明桩身 分析［Ｊ］．工程地球物理学报，２０１３，１０（２）：２５９－２６３． 缺陷对波速和桩底反射有明显降低作用。缺陷反射系数在０．０９～ ［８］ 陈凡，徐天平，陈久照，等．基桩质量检测技术［Ｍ］．北京： ０．２３之间，属于轻度缺陷桩，表明夯实水泥土桩密实度不够均匀， 中国建筑工业出版社，２００３． 施工工艺有待改进。由于波形特征，波速及桩底与缺陷反射系数 ［９］ＴＢ ２０１１８－２００８，铁路基桩质量检测规程［ｓ］． 反映了桩完整性特征，利用波形特征，波速及桩底与缺陷反射系 ［１Ｏ］ 帅小强．反射波法对水泥搅拌桩完整性检测的研究［Ｊ］．山 数综合判定桩完整性也是可行的。本次检测发现浅部缺陷主要 西建筑，２０ｏ８，３４（２８）：１４３－１４４． 是开挖工艺不当造成，应加以改进。 ［１１］赵磊．低应变反射波法的桥梁桩基检测实例分析［Ｊ］．山 参考文献： 西建筑，２０１４，４０（１４）：２０９－２１１． ・７２・ 第４０卷第３４期 ２ ０ ｌ ４年１ ２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲ Ｅ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．３４ Ｄｅｅ． ２０１４ 文章编号：１００９—６８２５（２０１４）３４—００７２—０２ 长白山泥石流物源量与堆积区形态关系研究★ 杜文浩摘付文韬 王政语赵天雪 １３００２６） （吉林大学建设工程学院，吉林长春要：以长白山泥石流为研究对象，对长白山现场取回的碎屑物进行了室内实验，利用室内泥石流模拟实验装置模拟泥石流形 成过程，研究了不同物源量的情况下堆积区的变化情况，对堆积区最大堆积厚度、堆积长度、堆积宽度、堆积面积以及扩散角的测 量数据和物源量进行拟合，结果表明，随着物源量的增加，以上各参数都在不同程度地增加。 关键词：泥石流，物源量，模拟实验 中图分类号：Ｐ６４２ 文献标识码：Ａ ０ 引言 长白山位于我国吉林省东部，与朝鲜接壤，是我国著名的风 景旅游胜地。长白山又是一座多期喷发的活火山，在其顶部形成 一个火山湖——天池。天池是松花江，图们江，鸭绿江三江之源。 面 如 嘣５ 天池呈椭圆形，周长约１３ ｋｍ，集水面积９．８２ ｋｍ ，平均水深２００ ｍ， 最深处达３７３ ｍ．是我国最深的火山湖和最深的湖泊…。一旦长 白山火山喷发，天池溃决，池内数以亿计的湖水顺流而下，形成火 山泥石流。火山泥石流一旦发生，会带来极其严重的后果。据野 粒！ ｍ 外观察，按二道白河一第二松花江的火山泥石流的分布及厚度可 图１碎屑物颗分曲线 估计未来的火山泥石流，将可能摧毁现有位于松花江、鸭绿江水 ２．１ 实验装置 系的一系列大、中、小型水库及水电站，从而形成全流域泛滥成 实验采用的模拟装置如图２所示，装置由物源槽、流通槽、堆 灾，酿成极为严重的原生和次生火山灾害 。因此，做好长白山 积板、供水箱、尾料槽组成，供水槽通过水泵与物源槽相连，水泵 泥石流的防治工作尤其重要，孙平等…在２００２年对长白山天池地 输水管装有电磁流量计和阀门，分别用来测量和调节水流速度。 区的火山泥石流的形成条件和发育特征进行了研究；聂保锋等 物源槽设计成梯形，上底长为３０ ｅｍ，下底长为１４０ ｅｍ，高为４０ ｅｍ； 根据距离火山口远近不同堆积物所展现的不同特征，将长白山天 流通槽长２．４ ｍ，宽３０ ｃｍ，两侧装有玻璃板方便观察泥石流运动， 池火山泥石流分为碎屑流相、过渡相和超富集流相。本次研究以长 上与物源槽相连，下与堆积板相接；堆积板为长１．８ ｍ，宽１．８ ｍ 白山碎屑物为原料，通过室内土工实验了解碎屑物的特征，然后利 的矩形带肋钢板。物源槽、流通槽和堆积板都可以通过调节改变 用室内模拟装置模拟泥石流的全过程，研究泥石流物源量对堆积 其倾角，堆积板上方固定相机槽，方便拍照，堆积板尾部通过输水 区的影响，为长白山泥石流的防治工作提供必要理论依据。 管与底下的尾料槽相连。 １ 长白山泥石流的物质特征 本次研究主要分析了长白山碎屑物的粒度成分，实验中用四 分法取碎屑物样品５００ ｇ进行筛分实验，其结果如图１所示。 从图ｌ可以看出，曲线前部和后部比较平缓，说明大颗粒和 小颗粒的含量较少，大部分颗粒粒径集中在２０ ｍｍ一０．５ ｍｍ之 间，土中粘粒含量少，在水流的冲刷下，颗粒很容易分散开来，有 利于泥石流的形成。 ２泥石流模拟实验方案及结论 图２泥石流物理模型试验装置示意图 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｐｉｌｅ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｔｅｓｔ ｏｆ ｒａｍｍｅｄ ｓｏｉｌ－ｃｅｍｅｎｔ ｐｉｌｅ ＤＯＮＧ Ｃｈｅｎｇ－ｑｕａｎ ＣＨＥＮ Ｈｕｉ ＹＡＮ Ｓｈｅｎｇ－ｃａｉ （Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｓｔｎｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｗ ｓｔｒａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｅｓｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｏｆ ａ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｓａｎｄ ｌｉｍｅ ｓｏｉｌ ｐｉｌｅ， ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：ｉｔｓ ｗａｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｗａｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ，ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｔｏ ｐｉｌｅ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ，ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｈａｄ ｇｏｏｄ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ，ｈｉｇｈ ｗａｖｅ ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｏｆ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｗａｖｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｗａｖｅ ａｍｐｌｉ— ｔｕｄｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｓｍａｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｍｍｅｄ ｓｏｉｌ—ｃｅｍｅｎｔ ｐｉｌｅ，ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｌｅ ｔｅｓｔ，ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｐｉｌｅ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ 收稿日期：２０１４—０９—２１ ★：本文受国土资源部公益项目（项目编号：２０１２１１０９５ ６）和吉林大学“大学生创新项目”（项目编号：２０１３Ａ６３２１０）资助 作者简介：杜文浩（１９９１一），男，在读本科生；付文韬（１９９２．），男，在读本科生； 王政语（１９９２一），男，在读本科生； 赵天雪（１９９２一），女，在读本科生
